در چند سال اخیر استان خوزستان و کشور ایران درگیر طوفان خاک شده است و اثرات مخربی در آن دارد، اما آیا می توان اثرات مخرب طوفان خاک را کاهش داد؟ بله این امر امکان پذیر است، با گرفتن انرژی از طوفان خاک نه تنها می توان قدرت تخریب آن را کاهش داد، بلکه می‌توان از آن انرژی مفید برای تولید برق استفاده نمود.

این امر اخیراً در دنیا ذهن عده ای را به خود مشغول کرده از جمله در ایالات متحده و ژاپن که همواره با گردبادها و طوفان های سهمگین اقیانوسی یا در عمان که با طوفان خاک و شن دست و پنجه نرم می‌کنند. در حال حاضر با استفاده از توربین های بادی جدیدتری در حال تلاش برای مهار انرژی از این طوفان های مخرب هستند.

تولید انرژی از طوفان در ژاپن

 در ژاپن آتسوشی شیمیزو، بنیانگذار استارت‌آپ انرژی Challenergy، طراحی شیک و به سبک «همزن» با تیغه‌های عمودی که بین پلت‌فرم‌های بالایی و پایینی قرار گرفته است، ساخته است که برای مقاومت در برابر طوفان‌های خشن ژاپن طراحی شده است. طراحی شیمیزو که می تواند در هر جهت بچرخد، اما برای تنظیم سرعت چرخش توربین امکان کنترل آن هست، با الگوهای باد غیرقابل پیش بینی ژاپن سازگار است و در عین حال از آسیب ناشی از چرخش کنترل نشده جلوگیری می کند.

اولین نمونه اولیه میدانی در سال 2016 در اوکیناوا نصب شد. گفته می شود که این توربین می تواند انرژی را از نیروهای عمودی رو به بالا ناشی از حرکت چرخشی طوفان های قدرتمند، معروف به نیروهای مگنوس و همچنین بادهای مستقیم جذب کند. اما آنها هنوز تخمینی برای تولید برق و حداکثر بادهای پایدار ندارند.

این در حالی است که توربین های بادی با پره های معمولی باید در هنگام طوفان قفل شوند و تولید انرژی متوقف شود. طوفان‌های شدید همراه با بادهای شدید می‌توانند در صورت از کار افتادن مکانیسم قفل باعث از کار افتادن آن‌ها شوند، همانطور که در سال 2011 برای یک توربین در ایرشایر انگلستان اتفاق افتاد.

تولید انرژی از طوفان خاک و شن در عمان

اخیراً در جنرال الکتریک برای شرایط آب و هوایی عمان که یکی از گرمترین کشور های جهان است توربین های بادی تولید شده است که می تواند با استفاده از سیستم خنک کننده خودکار همرفتی تا دمای 45 درجه سانتیگردا با 100% ظرفیت فعالیت نماید و علاوه بر این به نوعی طراحی شده است که خاک و شن امکان نفوذ به آن و تخریب عملکرد توربین را ندارد و در نتیجه از طوفان خاک و شن انرژی تولید کند.

این در حالی است که یک توربین بادی استاندارد و معمولی تنها تا دمای بیرونی 35 درجه سانتیگراد می تواند با قدرت کامل کار کند. در دمای بین 35 تا 40 درجه سانتیگراد ظرفیت برق آن را کاهش می دهد. هنگامی که دمای جیوه به 40 درجه سانتیگراد  می رسد، به طور کامل خاموش می شود.

این بدان معناست که این توربین‌های بادی نوین می‌توانند در گرمای سوزان ظهر عمان فعال بمانند. این یک موهبت برای مزرعه بادی توربین این کشور در ظفار است که در جولای 2019 حداکثر 50 مگاوات تولید خواهد کرد. این به معنای صدها مگاوات ساعت اضافی در روز برای شبکه برق کشور از طوفان خاک و شن است.

این توربین‌های مقاوم در برابر بیابان می‌توانند زمین‌های بایر و بلااستفاده را در شمال آفریقا و خاورمیانه برای تولید برق تجدیدپذیر از طوفان خاک باز کنند.  بیابان‌های وسیع منطقه همگی خانه‌های بالقوه‌ای برای یک توربین مقاوم در برابر طوفان شن و مقاوم در برابر حرارت هستند.

تحقیقات برای توربین های بادی مولد انرژی از طوفان در اسپانیا

از سال 2018 تیمی در بارسلونا در حال کار بر روی یک کلاس خاص از توربین به نام 4.2-117 است که می تواند در برابر طوفان های خشن  تا سرعت 57 متر در ثانیه یا 128 مایل در ساعت مقاومت کند. 

آنها چگونه این کار را انجام می دهند؟ ابتدا یک درس مختصر در مهندسی توربین. یک قانون ساده برای توربین‌های بادی وجود دارد: هرچه پره‌ها – یا قطر روتور – بزرگ‌تر باشد، توان بیشتری تولید می‌کند.

برای مثال، قطر روتور برای مدل خشکی 1.7 مگاواتی جنرال الکتریک 100 متر است که در حدود طول یک زمین فوتبال است. همانطور که از نامش پیداست، این توربین می تواند 1.7 مگاوات تولید کند. نسخه 4.8 مگاواتی آن 158 متر است . بنابراین می‌توانید ببینید که این طول اضافی چگونه می‌تواند تاثیرگذار باشد.

اما آنها در این مدل توربین جدید با افزایش قطر روتور سعی در کاهش طول تیغه های توربین دارند که هم باعث کاهش بار مکانیکی برج توربین و هم باعث سهولت در حمل و نقل آن می‌گردد. در نهایت این توربین ها 100 تا 150 تن از یک توربین استاندارد سنگین تر هستند و نصب آن ها هزینه بیشتری دارد اما امکان مقاومت آن ها در برابر طوفان ها بسیار بیشتر خواهد بود.

ممکن است فکر کنید راه حل واضح است – تیغه های کوتاه تر. این قطعاً بخشی از آن است – توربین 4.2-117 مقاوم در برابر طوفان جنرال الکتریک دارای قطر روتور نسبتاً متوسط 117 متر است که به گفته هیدالگو برای کاهش بار مکانیکی برج بسیار مهم است.

نتیجه گیری

تولید انرژی از طوفان، حتی طوفان خاک امکان پذیر است. این امر علاوه بر اینکه از آثار مخرب طوفان ها جلوگیری می کند به تولید انرژی نیز می انجامد. همانطور که در متن مشخص است این موضوع در دنیا اخیراً مطرح شده است و تحقیق و پژوهش در این زمینه در ابتدای راه قرار دارد.

می توان فناوری هایی را در این زمینه گسترش داد که هم در شرایط عادی سبب تولید انرژی شود و هم در شرایط طوفان از جمله طوفان خاک علاوه بر تولید انرژی از اثرات مخرب آن کاست.